2×1260m3高炉BPRT技术的应用设计

汪延来

（中冶华天工程技术有限公司,安徽马鞍山 243000）

1 概述

按照天津某钢铁厂的总体规划，拟在现有厂区毗邻位置建200 万t 长材项目，配套建设2×1260 m3高炉系统工程及相应的公辅设施。

为了贯彻国家节能减排的方针，减少工程占地面积及设备投资，本次设计中将TRT 和鼓风机作为同一系统来设计，使得TRT 原有的发配电系统简化合并，取消发电机及发配电系统，整合了自控系统、润滑油系统、动力油系统等，并将回收的能量直接作为旋转机械能补充在轴系上，避免了能量转换的损失，使驱动鼓风机的电机降低电流而节能。

2 BPRT机组的工作原理

BPRT（Blast Furnace Power Recovery Turbine）高炉鼓风机和高炉煤气余压透平发电装置同轴系的高炉能量回收装置的简称，该装置将高炉鼓风机和高炉煤气余压透平串联在同一根轴系上。

机组配置方式：电动机+齿轮箱+轴流压缩机+变速离合器+透平膨胀机，如图1 所示。

图1 BPRT机组配置简图

BPRT 系统区别于传统的TRT 装置和高炉鼓风机组。在传统TRT 装置和高炉鼓风机组的基础上，专门合并集成了高精度顶压智能稳定装置。

该系统主要由十大子系统组成：①高炉鼓风主机系统。②能量回收主机系统。③高精度顶压智能稳定系统。④管网输配与大型阀门系统。⑤自动化仪表控制系统。⑥高低压电气系统。⑦液压伺服控制系统。③润滑油控制系统。⑨氮气密封系统。⑩冷却水系统。

带有余压、余热的高炉煤气进入透平膨胀机，在透平机内膨胀做功，将动能转化为旋转的机械能，通过变速离合器直接传递给轴流压缩机。这样就能降低电机出力，达到能量回收的目的。

该机组既能满足高炉供风工艺的需要，又能通过同轴透平把余压、余热能量转换为旋转机械能,并且直接传递给压缩机轴端、降低电机出力，达到能量回收。

透平机的投入与切除是通过变速离合器来实现的。当透平机转速达到3000 r/min 时，变速离合器能够自动在线啮合使透平机投入运行，同轴驱动鼓风机，使电动机电流降低，实现节能；当透平机转速低于2900 r/min 时，变速离合器能够自动在线切除使透平机脱开，此时变速离合器两侧均属独立旋转设备，相互不传递任何转矩，从而不影响鼓风机向高炉持续正常送风。

3 设计特点

结合总图布置场地紧张的特点，两座高炉合建鼓风机站一座。新建站房长66 m，宽33 m。

站内设2 台AV63-14 型全静叶可调电动轴流鼓风机。进口流量Q=3664 m3/min，鼓风机进、出口压力分别为0.09976 MPa（A）、0.46 MPa（A）。并设1 台AV56-13 轴流鼓风机作为备用机组。鼓风机站平面布置见图2。

图2 鼓风机站平面布置图

其主要设备配置如下：

1）全静叶可调电动轴流鼓风机

型号：AV63-14

工作转速：5200 r/min

主电机

型号：YGF1000-4

功率：19000 kW

电压：10 kV

2）透平膨胀机

型号：MPG10.1-301.4/150

进口流量：2568.4 m3/min

进口压力：0.267 MPa(A)

进口温度：150 ℃

出口压力：0.114 MPa(A)

输出功率：6900 kW

工作转速：3000 r/min

鼓风机站室外一侧布置煤气进、出管道；另一侧布置空气过滤器及风管道。

4 透平机输出功率计算

4.1 计算依据和基础数据

1×1260 m3高炉主要设计参数如下：

高炉有效容积:1260 m3

高炉年产量:120 104t/a

日产量:3429 t/d

入炉焦比:380 kg/ t

煤比:150 kg/ t

热风温度:≥1150 ℃

富氧:2%～3%

熟料率:85%

含C 物料指标及炉顶煤气性质见表1、表2。

表1 含C物料指标及计算

表2 炉顶煤气性质

4.2 透平机输出功率计算

⑴煤气小时量计算

⑵高炉煤气定压比热计算

由热力学手册查得高炉煤气各组分Cp 经验公式：（单位J.mol-1.K-1）

通过计算，140 ℃上述4 个组分值分别为29.83；42.87；29.64；28.33.

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按照表2 炉顶煤气成分，得到高炉煤气Cp=32.17 J.mol-1.K-1=0.343 kJ.m-3.K-1

⑶输出功率计算

根据煤气余压发电装置技术规范（GB50584-2010）中

式中:N—理论功率（kW）；

Q—煤气流量（m3/h）；

Cp—高炉煤气定压比热(kcal.m-3.k-1)；

T1—煤气进口绝对温度K,本计算取(140+273)

P1—透平入口煤气绝对压力 kPa,本计算取(180+101.33)；

P2—透平出口煤气绝对压力 kPa,本计算取(10+101.33)；

K—绝热指数,本计算取1.35；

fd—热量修正系数，干式净化取1.0；

ηT—透平效率，取0.85；

ηG—机械效率，取0.96；

考虑到轴承、鼓风摩擦和抽吸等损失的透平功率，可以认为计算结果与透平机铭牌输出功率相符，这也说明该BPRT 设备透平系统与高炉系统匹配良好。为高炉炉顶煤气余压、余热能量得到充分利用提供了设备上的保证。

4.3 应用效果

煤气透平机正常投入运行后，高炉顶压波动在±2 kPa 以内,高炉操作稳定，炉况顺行。煤气入口温度为90～140 ℃、出口温度为35～68 ℃，温度降～60 ℃；煤气平均入口、出口压力分别为～180 kPa、～10 kPa；电机电流最大从710 A 降低到362 A。正常情况下，BPRT 机组月平均节电2.6×106kWh。BPRT 机组透平机正常投用天数按300d 计算，年节电可达3.0×107kWh。

5 结束语

⑴该BPRT 机组设计配置是合理的，就目前来看，运行效果是良好的；

⑵BPRT 机组在减少占地，节约投资上具有一定的优势；

⑶受高炉生产影响，煤气发生量存在波动，会直接影响到BPRT 机组的稳定运行，引起高炉鼓风量的波动。相较于独立的TRT 发电机组及独立的鼓风系统而言；BPRT 同轴机组的不足也是显而易见的。

【1】中国治金建设协会主编.煤气余压发电装置技术规范GB50584-2010[M].北京：人民出版社.2010.8.